复杂构件变形的矫正

【摘要】矫正是大型复杂构件生产过程中的重要环节，是大型复杂构件生产质量的可靠保证。本文详细阐述矫正构件变形应该掌握的有关理论知识和一些操作技能、要领、步骤、注意事项，总结出生产中构件变形的几种矫正方法，对实际产品的变形矫正起着一定的指导作用。

【关键词】矫正;复杂构件;变形

0.引言

为了满足生产的需求，大型复杂构件应用越来越广泛。在大型复杂构件的生产过程中，变形的矫正是一个比较困难的问题。由于焊接变形和装配误差经常造成构件的几何尺寸不能满足工艺文件的要求，因此在构件的生产中，应该掌握一些矫正的理论知识和一定的操作技能，以满足各种复杂构件达到产品质量的质量要求。

1.矫正前要注意的几个问题

（1）要分析构件变形的原因，弄清构件的变形是外力还是内应力引起的。受不正常的外力作用造成的变形都是塑性变形。焊接产生内应力引起的变形有纵向和横向的收缩变形、角变形、扭曲、弯曲、波浪等变形形式。应根据不同的情况选择矫正的方式。

（2）分析构件的内在联系，分析清楚各零件相互间制约关系。矫正前必须首先了解构件的内部结构，分析变形的原因，找出矛盾的主次关系，确定正确的矫正部位和相应的矫正方法，才可着手进行矫正工作。例如某火车机车司机室端壁在矫正时，不能把骨架和蒙皮分开看待，而应把骨架和蒙皮看成一个有机整体，矫正骨架时应充分考虑到蒙皮对骨架的制约。

（3）选择正确的矫正部位。受不正常的外力造成的变形，则可以通过外力对变形部位进行反变形，有时采用加热加外力，使构件发生反变形，以达到矫正的目的。属于内应力引起的变形的构件中，其变形有时不在应力集中区，应力集中部位经常发生裂纹，破坏往往从这里开始。矫正时就不能对变形部位采取矫正措施，而只能对应力集中区域采取措施，消除其内应力或使内应力达到平衡，才能使构件获得矫正。因此正确的判断和选定矫正部位是矫正工作的关键。

（4）要掌握构件所用的性质、环境温度对矫正的影响，以防止采用不适当的矫正方法而造成构件的损坏。不同的材质、气温条件下矫正方法是有区别的。钢材含碳量越高，硬度和脆性越大，延伸率和回弹率越小，对于淬火的钢材和生锈的旧钢材都有硬脆的缺点，冷矫正时容易破裂，最好采用热矫正的方法。铸铁件和未退火的钢件，因为硬度和脆性更大，通常要进行热矫正。

气温的高低对钢材的组织结构会产生一定的影响。夏秋季节气温比较高，钢材组织膨胀，容易产生拉升和压缩，在这种气温下钢材容易矫正。冬春季气温低，钢材容易收缩，不易产生拉伸或压缩，这时钢材矫正比较困难。0℃以下，钢材容易出现冷脆现象，这时矫正钢材，容易产生隐性裂纹，往往造成严重后果。因此冬春季节要把在加热的环境下进行矫正。

2.几种常见的变形的矫正方法

在焊接构件的生产过程中，虽然采取了一系列的措施防止焊接变形，但由于各种原因焊接后还会出现残余变形，为了满足使用的要求必须进行矫正，下面是常见变形矫正的几种方法：

2.1薄板边缘波浪变形的火焰矫正

在机车生产中，骨架加蒙皮结构经常遇见蒙皮周边的尺寸大于骨架的情况，蒙皮板厚1.5～3mm，骨架与蒙皮焊接后，蒙皮边缘产生波浪变形，矫正的时候采用热矫正，但不能直接对蒙皮进行烤火矫正，可采用刚性固定加火焰矫正的方法进行矫正。其方法是先将骨架矫平或矫直，用已矫直且刚性足够的工艺板加固蒙皮薄板边缘。

图一

如图1将薄板边缘与工艺板2水平板紧靠均匀点固，其点焊间距根据变形程度和板厚而定，其基本原则是：变形程度越大，板越薄，则间距越小，反之则大。注意点焊时应点在工艺板的同一侧，便于矫正后敲掉工艺板）。然后采用三角形加热薄板边缘，其宽度为10mm，深度为15～30mm。加热时必须紧靠点焊处。每一点焊处烤一点。待完全冷却后敲掉工艺板，磨掉焊点。两端焊接的薄板条料的变形也可采用这种方法，不同之处在于工艺板应点在条料的中间位置，采用线性加热，其宽度为10mm，长度为条料的宽度。如条料宽度超过80mm,则不宜采用此方法。

2.2翼缘板的角变形

矫正焊接H型钢角变形，在翼缘板上面（对准焊缝外）纵向线状加热（加热温度控制在650度以下），注意加热范围不超过两焊趾所控制的范围，采用空冷，切忌采用水冷。线状加热时要注意：不应在同一位置反复加热；加热过程中不要进行浇水，这两点是火焰矫正的一般原则。

2.3梁的上拱与下挠及弯曲变形

在翼缘板上，对着纵长焊缝由中间向两端作线状加热，即可矫正弯曲变形。为避免产生弯曲和扭曲变形，两条加热带要同步进行。可采取低温矫正和中温矫正法。这种方法有利于减少焊接内应力，但这种方法在纵向矫正的同时有较大的横向收缩，较难掌握。

翼缘板上作线状加热，在腹板上作三角形加热，用这种方法矫正柱、梁、撑的弯曲变形效果显著，横向线状加热宽度一般取20-90mm,板厚小时，加热宽度要窄一些，加热过程应从宽度的中间位置向两边扩展。线状加热最好由两人操作进行，加热三角形的宽度不应超过板厚的2倍，三角形的底与对应的翼板上线状加热宽度相等。加热三角形从顶部开始，然后从中心向两侧扩展，一层层加热直到三角形的底为止。加热腹板时温度不能太高，否则造成凹陷变形，很难修复。三角形加热方法同样适用于构件的旁弯矫正，加热时应该采用中温矫正，浇水要少。

2.4腹板的波浪变形

矫正波浪变形首先要找出凸起的波峰，用圆点加热法配合手锤矫正。加热圆点的直径一般为50～90mm，钢板厚度或波浪形面积较大时直径也应该放大，可按d=(4δ+10)mm（d为加热点直径；δ为板厚）计算得出值加热。烤嘴从波峰起作螺旋形移动，采用中温矫正。当温度达到600～700度时，将手锤放在加热区边缘处，再用大锤击手锤，使加热区金属受挤压，冷却收缩后被拉平。矫正时应避免产生过大的收缩应力。矫完一个圆点后再进行加热第二个波峰点，方法同上。为加快冷却速度，可对Q235钢材进行水冷却。这种矫正方法属于点状加热法，加热点的分布可呈梅花形或链式密点形。注意温度不要超过750度。

3.结束语

火焰矫正引起的应力与焊接引起的应力一样都是内应力。不恰当矫正引起的内应力与焊接内应力及负载应力迭加，会使应力超过许用应力，从而导致承载安全系数的降低。因此在钢结构制造中一定要慎重，尽量采用合理的工艺措施以减小变形，矫正时尽量可能采用机械矫正。当机械矫正不能满足时要求时，采用火焰矫正，采用火焰矫正应注意一下几点：

（1）烤火温度、烤火位置、烤火形状及形状大小的确定，加热温度的控制等只能通过长期的实践，掌握一定工作经验才能在工作很好运用。

（2）不能在同一位置重复烤火，烤火钢材表面会产生约0.3mm的氧化层，重复烤火会影响钢材的表面质量。　[科]

【参考文献】

［１］罗辉,霍玉双．T形结构焊接弯曲变形火焰矫正工艺分析.工艺与新技术,2010,4,39(4).

［２］程友胜.焊接应力与焊接变形的论述.煤炭技术,2003,(7).

［３］刘兵,杨延德.火焰矫正工艺参数的选择.金属热处理,2008,33(6).